19.11.2012

1

BIOLOGICKÉ ČIŠTĚNÍ

- ALTERNATIVNÍ ZPŮSOBY

doc. Ing. Jaroslav Pollert, Ph.D.

8. hodina

Obsah

� „Konvenční“ ČOV

� Biologické procesy

� Aerobní biologické procesy

� Aktivace

� Aktivace v oxidačním příkopu

� Skrápěné biofiltry

� Rotační biodisky

� Přirozené procesy čištění OV

1. „Konvenční“ ČOV

kalové hospodářství

bio

log

ické

čiš

těn

í

mec

ha

nic

ké č

iště

ní

1

odstranění 60 - 80% suspend. látek30 – 40 % org. látek BSK5

předčištění

např. fyzikální/chemické

čištění, separace tuhé fáze

čištění

biologické čištění

např. aerobní/anaerobní čištění/kontinuální

dočištění

např. filtrace, adsorpce

vypouštění vyčištěných OV

BIOREAKTORfyzikální

�cezení

�sedimentace

�centrifugace

�flotace

�filtrace

chemické

�čiření (koagulace a srážení)

�sorpční procesy

�neutralizace, oxidace a redukce

biologické

�aerobní

�anaerobní

1. „Konvenční“ ČOV

… procesy

aerobní

�biologické filtry

�aktivační proces

�stabilizační nádrže a laguny

2. Biologické procesyanaerobní

�methanizace – kyselé a methanové kvašení

O2

aerobníTabulka porovnání

2. Biologické procesy

anaerobnírychlejší pomalejší

více kalu mén ě kalu

větší spot řeba energie (aerace) menší spot řeba energie

není produkována energie produkce CH 4

větší účinnost s nižší CHSK v ětší účinnost p ři vyšším CHSK

spolehliv ější sklon k tvorb ě nános ů

méně vhodné pro odstran ění patogen ů a parazit ů

účinnější pro odstran ění patogen ů a parazit ů

• menší produkce biomasy → menší požadavky na živiny

• přebytečná biomasa je stabilizovaný, snadno odvodnitelný kal

• větší citlivost methanových bakterií na změnu podmínek a přítomnost tox. látek

• menší růstové rychlosti a delší generační doba → „dlouhá“ doba zapracování procesu

• horší kvalita odtoku

→ následné dočišťování

+ -

19.11.2012

2

3. Aerobní biologické procesy�procesy s kulturou ve vznosu (aktivní proces)

�procesy s kulturou přisedlou na vhodné náplni (biofilmové procesy)

aerobní čištění směsnou kulturou ve vznosu – aktivační proces

aktivovaný kal – kultura mikroorganismů … neselektované přirozené společenstvo…

kvalitativní a kvantitativní složení aktivovaného kalu závislé na:

� složení substrátu, na němž byl kal vypěstován

� technologických parametrech

nejčastěji se vyskytující rody:

Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Chromobacterium, Azobacter, Micrococus, plísně, kvasinky, nitrifikační bakterie Nitrosomonas, Nitrobacter, Protozoa …

Nitrosomonas europaea

… does not use photosynthesis for its energy source

8

fáze vzniku vločky aktivovaného kalu

3. Aerobní biologické procesy

typická vločka aktivovaného kalu

bytnění kalu velký objem pro usazení

nadměrný rozvoj vláknitých organismů

3. Aerobní biologické procesybiofiltr ČOV oživení skrápěných biofiltrů

22

3. Aerobní biologické procesy

AN — aktivační (aerační) nádrž, DN — dosazovací nádrž

surová voda: Q0 - přítok, koncentrace org. znečištění - C0

recirkulace – aktivovaný vratný kal:Qr - čerpané množství, koncentrace sušiny- Xr

přebytečný kal: Xr = Xw - koncentrace sušiny vratného a přebytečného kalu,Qw – odvedení přebytečného množství kalu

… odstranění nečistot z OV tím, že nečistoty jsou přeměněny vbiomasu a ta je poté z vody oddělena … přeměna živné hmoty(potravy) na živou hmotu a na produkty životních pochodů

4. Aktivace

blokové schéma procesu:

AN

V, C, XDN

Q0Q0 - Qw

Qr, Xr

C0

Qw, Xw, = Xr

intenzivní provzdušňování

C2

4. Aktivace

doba zdržení ΘΘΘΘ… poměr objemu nádrže VAN k přítoku odpadní vodyQo

bez uvážení recirkulace [ ]hQ

V

o

AN=Θ

s uvážením recirkulace ( ) [ ]hRRQ

V

o

ANR +

Θ=+

=Θ11

o

r

Q

QR= … je recirkulační poměr… kde

Nejdůležitější technologické parametry

19.11.2012

3

4. Aktivace

objemové zatíženíBV… hmotnostní množství org.l. přivedené do 1 m3 nádrže za den

[ ]13..2424 −−

Θ== dmkg

C

V

CQB o

AN

ooV

Co … koncentrace org. l. v OV, vyjádřené v BSK5 nebo CHSK Qo … přítok OV [m3.h-1]

zatížení kaluBX… hmotnostní množství org.l. přivedené na 1 kg celkové nebo

organické sušiny kalu za den

[ ]11...

24

.

.24 −−=Θ

== dkgkgX

B

X

C

XV

CQB vo

AN

ooX

X … koncentrace celkové sušiny kalu v AN

Nejdůležitější technologické parametry

4. Aktivace

stáří kalu ΘΘΘΘX… podíl hm. sušiny kalu v AN

a hm. sušiny kalu odebírané za den jako přebytečný kal včetně NL unikajících odtokem

( )[ ][ ]dQQCQX

XV

woWW

ANX −+

=Θ224

Xw … koncentrace sušiny přebytečného kalu Qw … objem přebytečného kalu odebíraného ze systému za l h C2 … koncentrace NL v odtoku z DN

kalový index KI [ ]130 . −= gmlX

VKI

V30 … objem kalu po 30 min sedimentace z l litru aktivační směsi vX … koncentrace sušiny kalu v [g.l-1]

Nejdůležitější technologické parametry

2

4. AktivaceNejdůležitější technologické parametry

denní produkce kalu [ ]1... −

ΘΘ=

Θ⋅=⋅∆= dkg

QXXVVXPS

x

o

x

ANAN

Θx[d] Y [kg.kg-1] kd [d-1]

< 10 d 0,7 0,05

> 10 d 0,65 0,18

Θx … stáří kalu Θ … doba zdržení OV

( )xd

x

k

SYX

Θ+Θ∆⋅Θ⋅=

1koncentrace sušiny biomasy

Y … koeficient produkce biomasy [kg.kg-1]

kd … rychlostní konstanta rozkladu [d-1]

Tabulka návrhových hodnot

4. AktivaceDělení aktivačního procesu podle zatížení

Systém

nízko zatížené systémydlouhodobá aktivace(aerobní stabilizace)

0,1 – 0,3 0,05 – 0,3 nad 25 24 – 72

středně zatížené systémy

klasická aktivace(aktivace s oddělenou

regenerací kalu)

0,5 – 1,0 0,2 – 0,5 3 – 15 4 – 12

vysoko zatížené systémyrychloaktivace

nad 1,5 1 – 2 pod 3 1 – 2

[ ]13.. −− dmkg

BV

[ ]11.. −− dkgkg

BX

[ ]dXΘ

[ ]h

Θ

zatížení kalu objem. zatížení

doba zdržení

stáříkalu

4. AktivaceZpůsoby provzdušňování

o stlačeným vzduchem – pneumatická aerace

o mechanické aerátory – mechanická aerace→ osa horizontální – aerační válce

→ osa verKkální – aerační turbíny

o kombinace výše uvedených – kombinovaná aerace

o vzduchem nasávaným ejektorem – hydropneumatická aerace… čerpadlem se čerpá aktivační směs do ejektoru → v zúžené části podtlak→ nasávání vzduchu – princip vodní vývěvy

vznik bublin různých průměrů

• jemněbublinová (1- 4 mm)

• středněbublinová (4 – 10 mm)

• hrubobublinová (> 10 mm)

a) přívod vzduchu perforovaným potrubím

b) provzdušňování na hladině kartáči

c) provzdušňování kombinované s intenzivním mícháním

3

5. Aktivace v oxidačním příkopu

oxidační příkop

malá mechanicko-biologická ČOV

- typ nenáročný na obsluhu

Kessenerův kartáč

2

19.11.2012

4

6. Skrápěné biofiltry

směsná kultura v biofilmových reaktorech

Segnerovo kolo

povrchová blána

2

2

2

schéma biofiltru

4

7. Rotační biodisky

pro malé zdroje znečištění 2 – 12 EO

princip skrápěných biofiltrů

přisedlé biofilmové společenstvo

… biodiskové reaktory

2

8. Přírodní způsoby čištění OV… samočistící procesy v půdě, ve vodním prostředí

a za součinnosti rostlin

… mikroorganismy pomalu rozkládají a mineralizují organickou hmotu, uvolněné živiny využívá vegetace

!!! nutnost kvalitního mechanického předčištění!!!

Domovní sestava septik – zemní filtr

!!! nutnost vytvořit dokonale izolované „bazény“ –zamezit infiltraci do podloží, dle typu OV!!!

2

8. Přírodní způsoby čištění OV

… zneškodňování až úplné vyčištění hnilobných OV

nízké stavební náklady

nízké provozní náklady

Stabilizační nádrže a rybníky

Stabilizační rybník

nároky na plochu

zápachy v případě anaerobních procesů

nutnost odstraňování usazenin

+

-

2

8. Přírodní způsoby čištění OV

akumulační r.

– kampaňové vody → jednonárazové napuštění

(cukrovary)

asimilační r.

– neustálé zatěžování OV

stabilizační r.

– soustava rybníků řazených za sebou

Stabilizační nádrže a rybníky

mikrobiální aktivity

2

2

8. Přírodní způsoby čištění OVStabilizační nádrže a rybníky

Vybavení stabilizační nádrže - dvoustupňová nádrž dělená plovoucí stěnou

2

19.11.2012

5

8. Přírodní způsoby čištění OVKořenové čistírny OV

KČOV

Ukazatel Účinnost [%]CHSKCr 80 – 98

BSK 5 80 – 96

Ncelk. 60 – 90

Pcelk. 40 – 93

NL 90 – 99.92

8. Přírodní způsoby čištění OVKořenové čistírny OV

nejčastější typ KČOV v ČR

1

Typ vegetace

• vynořený

• ponořený

• plovoucí

8. Přírodní způsoby čištění OVVegetační čistírna s dočištěním ve dvojici stabilizačních nádrží

2

8. Přírodní způsoby čištění OVPorovnání způsobů čištění OVnízké provozní náklady

nízké energetické požadavky

mohou být postaveny u zdroje OV

více flexibilní a méně náchylné na náhlé přetížení

možné využití biomasy…

vyžadují velké zábory půdy

minimální možnost regulace procesů

snížená schopnost provozu v zimě (teplota a sluneční záření)

malá kapacita pro odstranění patogenů na výtoku

mohou být náchylné na vysoké hladiny polutantů

+

-

1